Теплові насоси

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Криворізький  технічний університет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

на тему: «Теплові насоси»

з дисципліни «Історія інженерної діяльності» 
 
 
 
 
 
 
 

Виконала:  студентка гр. ЗГО-08

 Кривошея  Є.А. 
 
 
 
 

Кривий  Ріг, 2009 

Зміст 

1.Поняття теплового насосу, класифікація та область застосування...…………3

2.Джерела теплової енергії...…………………………………………….………….9

3.Дослідження роботи теплового насосу:…………………………………………14

3.1.Дослідження роботи теплового насосу, що використовує теплоту

грунту та каналізаційні стоки………………………………...................................14

3.2.Дослідження роботи теплового насосу з повітряним джерелом теплоти…..25

4.Роль і місце теплових насосів у системах централізованого теплопостачання.28

Список  використаної літератури...…………………………………………………..35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Поняття теплового  насоса, ЙОГО класифікація та область застосування 

       Тепловий  насос - термодинамічна установка, у  якій теплота від низькопотенціального джерела передається споживачеві при більш високій температурі. При цьому витрачається механічна енергія.

       Теплонасос  складається з 4 основних агрегатів:

• випарник,
• конденсатор,
• розширювальний вентиль (розряджаючий вентиль - дросель, знижує тиск),
• компресор (підвищує тиск). Ці агрегати пов’язані між собою замкнутим трубопроводом.

       У цій системі циркулює холодоагент, що в одній частині циклу являє  собою рідину, а в іншій – газ (рис.1).  
 

       Рис.1. Будова і принцип роботи теплонасоса

       Шляхом  регулювання тиску розширювальний вентиль настроює такий потік  холодоагенту у випарник (1), що забезпечує певну розрахункову температуру його кипіння; скипаючи, холодоагент відбирає тепло, що передається колектором з навколишнього середовища. Газ, у який перетворився холодоагент, всмоктується компрессором (2), де він стискується і нагрітий, виштовхується у конденсатор. Конденсатор (3) - ланка теплонасоса, що віддає тепло, яке переходить на воду в системі опалювального контуру. При цьому газ прохолоджується і знову згущається у рідину. Холодоагент піддається розрядженню у розширювальному вентилі (4) та повертається у випарник. Робочий цикл починається спочатку. Точка кипіння для різних рідин змінюється за допомогою тиску : чим вищий тиск, тим вища точка кипіння. Вода закипає при нормальному тиску при температурі +100 °С. При підвищенні тиску вдвічі, температура кипіння води досягає +120 °С, а при зменшенні тиску в 2 рази, вода закипає при +80 °С. Холодоагент у теплонасосі має ту ж тенденцію - його температура кипіння змінюється при зміні тиску. Точка кипіння холодоагенту низька, приблизно - 40 °С при атмосферному тиску, тому може використовуватися навіть із низькотемпературним тепловим джерелом.

       Найбільша перспектива використання теплових насосів полягає у використанні їх у системах гарячого водопостачання (ГВП) будинків. Відомо, що в річному циклі на ГВП витрачається приблизно стільки ж тепла, як і на опалення будинків. Джерелом низкопотенциальной теплової енергії може бути тепло як природного, так і штучного походження. Як природні джерела низкопотенциального тепла можуть бути використані:

       • тепло землі (тепло ґрунту);

       • підземні води (ґрунтові, артезіанські, термальні);

       • зовнішнє повітря.

       Як  штучні джерела низкопотенциального  тепла можуть виступати:

       • вентиляційне повітря, що видаляє каналізаційні стоки (стічні води) та промислові викиди;

       • тепло технологічних процесів;

       • побутові тепловиділення.

       Таким чином, існують більші потенційні можливості використання енергії навколо нас, і тепловий насос представляється  найбільш удалим шляхом реалізації цього  потенціалу.

       Раніше  тепловий насос використався в першу чергу для кондиціонування (охолодження) повітря. Система була здатна також забезпечити певну опалювальну потужність, у більшому або меншому ступені задовольняючої потреби в теплі в зимовий період. Однак характеристики цього встаткування стрімко міняються: зараз у багатьох країнах Європи теплові насоси використаються в опаленні й ГВП. Таке положення пов'язане з пошуком екологічних рішень: замість традиційного використання палива - використання альтернативних джерел енергії, наприклад, сонячної. Для масового споживача одним з найбільш кращих варіантів використання нетрадиційних джерел енергії є використання низкопотенциального тепла за допомогою теплових насосів.

       Існують різні варіанти класифікації теплових насосів. Обмежимося розподілом систем по їхніх оперативних функціях на дві основних категорії:

       • теплові насоси тільки для опалення та/або гарячого водопостачання, що застосовуютьсяі для забезпечення комфортної температури в приміщенні та/або підірів гарячої санітарної води;

       • інтегровані системи на основі теплових насосів, що забезпечують опалення приміщень, охолодження, підігрів гарячої санітарної води та іноді утилізацію повітря, що відводить. Підігрів води може здійснюватися або відбором тепла перегріву подаваного газу з компресора, або комбінацією відбору тепла перегріву й використання регенерованого тепла конденсатора.

       Теплові насоси, призначені винятково для  підігріва гарячої санітарної води, найчастіше як джерело тепла використають повітря середовища, але так само можуть використати й відводить воздух.

       Слід  зазначити, що поступово збільшується пропозиція теплових насосів класу  реверсивні "повітря-вода", що поставляють найчастіше в комплекті з розширювальним баком і насосним агрегатом. По окремому замовленню поставляється накопичувальний резервуар. Такі насоси можна урізати безпосередньо в існуючі водопровідні системи.

       Світовий  ринок теплових насосів,  як показує недавнє дослідження авторитетної Британської Асоціації Маркетингових Досліджень й Інформації в області Будівництва BSRIA, розвивається надзвичайно швидкими темпами. Європейське й національне законодавство, що сприяє використанню поновлюваних джерел енергії, у сполученні з нормами по энергоэффективным будинках і фінансових стимулах, залишаються в цей час основною рушійною силою розвитку ринку теплових насосів.

       Ріст  ринку теплових насосів відбувається на тлі млявого або навіть негативного  розвитку сегмента традиційних опалювальних систем, таких як бойлери. Один тільки французький ринок теплових насосів  збільшився в 2007 році на 30%, основним стимулятором, при цьому, виявилися надзвичайно щедрі податкові кредити.

       В 2007 році, глобальний ринок теплових насосів досяг оцінки приблизно 477,000 реалізованих систем, причому ринкова  частка Китаю нараховує 24.8% від цієї кількості. Разом із Францією, Швецією й Німеччиною, ці країни втримують вражаючі 82% загального обсягу глобального ринку теплових насосів.

       У цілому, теплові насоси типу ґрунт-вода й вода-вода домінують на світовому  ринку цих систем. Пристрою типу повітря-вода мають у своєму розпорядженні найбільшу ринкову частку у Франції, Японії, Швейцарії й Норвегії. Незважаючи на перевагу теплових насосів типу ґрунт-вода й вода-вода в Німеччині, ринковий ріст у цій країні фактично відбувся завдяки системам повітря-вода, частка яких збільшилася на 16%, у той час як продажу пристроїв типу ґрунт-вода й вода-вода знизилися на 6%.

       Теплові насоси типу внутрішній повітря-вода з  убудованими водонагрівачами продовжують  залишатися порівняно невеликим  ринком; вони втримують найбільшу  об'ємну частку в Китаєві з 64,400 пристроями, проданими в 2007 році. Малі побутові системи потужністю менш 5 квт є найбільш популярним типом у даному сегменті. У порівнянні з іншими водонагрівачами, високі ціни й низький рівень споживчої поінформованості перешкоджають тепловим насосам типу внутрішній повітря-вода відійти від чого завгодно, тільки не ринкової ніші в Китаєві. У Словенії даний тип систем користується перевагою перед тепловими насосами типу ґрунт-вода, вода-вода або повітря-вода.

       Незважаючи  на двозначний показник росту в 2006 році, німецький ринок теплових насосів згодом зареєстрував лише незначне збільшення в районі 1.5%. Однак, з моменту різкого зниження, на 25%, в 2007 році ринку традиційних генераторів тепла, таких як газові, мазутні й твердотопливные бойлери, теплові насоси продовжують збільшувати свою ринкову частку на сумарно, що погіршується ринку, і обіцяють продемонструвати істотний приріст на рівні 9-10% в 2008 році.

       На  хвилі постійно зростаючої популярності, деякі нові гравці зі світовим ім'ям вийшли на опалювальний ринок, у той час як колись, у багатьох країнах теплові насоси пропонувалися в основному спеціалізованими компаніями. У Німеччині, наприклад, багато великі кондиционерные постачальників почали пропонувати теплові насоси з инверторным управлінням типу повітря-вода для обігріву приміщень і підготовки побутової гарячої води.

       Невеликий британський ринок теплових насосів  значно підріс, продажу склали близько 3,000 систем в 2007 році. Основною причиною росту вважається збільшення цін  на енергоносії. Теплові насоси із ґрунтовим або водяним джерелом теплоти продовжують лідирувати на глобальному ринку, оскільки підтримуються державними субсидіями, - на відміну від теплових насосів типу повітря-вода, уперше схвалених до ?900 дотації з початку останнього кварталу 2008 року.

       Швейцарія підтримує свою позицію одного з  найбільш розвинених ринків теплових насосів у Європі з високим  ступенем проникнення, що демонструє - починаючи з 1990-х років - стабільне  збільшення із середнім річним приростом 13%.

       BSRIA прогнозує: період 2008-2010 року стане свідком стійкого росту й поширення технологій на поновлюваних джерелах енергії, особливо в Західній Європі, Японії й Китаєві. У той час як недолік або дорожнеча енергії переростає в серйозну проблему в деяких країнах, інші фактори - наприклад, зміни будівельних норм, а також законодавство, спрямоване на зниження рівня парникових газів, - будуть грати надзвичайно важливу роль у зсуві пріоритетів убік впровадження энергоэффективных рішень, як у житловому, так й у комерційному секторі. І хоча фінансові субсидії залишаються доступними лише в окремих країнах, дані міри все-таки підтвердили свою високу ефективність у просуванні й зміцненні технологій на поновлюваних джерелах енергії. Досить сказати, що у Франції, податкові кредити в 50% привели до поставок теплових насосів абсолютно всіма виробниками бойлерів і систем кондиціонування повітря. Однак у майбутньому, постачальники, імовірно, зштовхнуться із проблемою постійно змінюються технічних й юридичних вимог, перш ніж їхня продукція стане доступної до реалізації або схваленої для дотацій.

       Через можливе збереження цін на викопні  енергоносії на досить високому рівні  в найближчі роки, все більше число  країн на всіх континентах демонструють стійкий інтерес до проектів виробництва електроенергії на основі комбінації поновлюваних джерел. Тоді як проекти на базі ветродвигателей залучають найбільший рівень фінансування - поряд із сонячно-тепловими генераторами, а також станціями комбінованого циклу на біомасі, - наміру по модернізації або впровадженню нових атомних електростанцій розглядаються багатьма урядами як спосіб забезпечення енергетичної безпеки в майбутньому.

       У глобальних показниках, продажу монтажним  організаціям є провідним каналом  дистрибуції, за якими ідуть оптові продавці. У Нідерландах, реалізація встаткування інсталяторам становлять 84% ринку. На японському ринку переважають прямі продажі кінцевому споживачеві через торговельні підприємства роздрібного продажу. Побутовий сектор нового будівництва є основним рушійним фактором світового ринку теплових насосів; однак уперше монтажний сектор задає тон на японському ринку й займає міцне друге місце на норвезькому. Теплові насоси в побутових додатках використаються в основному для опалення приміщень. На відміну від цього, у Японії, Китаєві, Словенії й США, теплові насоси переважно застосовуються тільки для підігріву гарячої води.